1 780 mm线U型冷却方式的研究与应用

邢俊芳，彭良贵，邵 帅，陆凤慧

（1.河钢股份有限公司承德分公司；2.河北省钒钛工程技术研究中心，河北 承德067001；3.东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁 沈阳11081）

热轧钢卷温度控制主要分为加热炉温度控制、粗轧温度控制、精轧温度控制和轧后冷却控制等四种温度控制过程。而轧后冷却的目的是将带钢从精轧温度控制转变到轧后冷却控制，即从精轧终轧温度冷却到卷取温度。1 780 mm生产线热轧轧后冷却自动控制系统由基础自动化和过程自动化等组成，通过自动控制的方式实现卷取温度的控制。1 780 mm热轧层流冷却设备布置如图1所示。在热输出辊道上/下各布置了17组粗调集管和三组精调集管，水冷区长度达95.76 m，可对厚度为1.2~19 mm，宽度为900~1 630 mm的热带冷却降温400℃以上。

卷取温度的均匀性对质量稳定有很大的影响，因此卷取温度的控制通常采用等温卷取的方式，全长在同一个目标温度范围内波动.部分层流冷却模型主要考虑冷却水与带钢表面以对流换热形式的热量传递不考虑带钢内部沿厚度方向的热传导，厚规格出现头尾卷取温度偏低的问题[1]。为了降低厚规格头部对卷取机的冲击，在现场操作时经常采用头部不冷却的方式，从而造成钢卷头尾与中间部分的性能差异问题，严重时造成头部性能不能满足标准要求。为解决这些现场问题，1 780 mm生产线需要在原模型基础上开发U型冷却方式。

图1 1 780 mm热轧层流冷却设备布置

1 U型功能的实现

层流冷却U型卷取一般有两种方式，第一种为头尾温度高于中部温度，通过控制头尾温度控制范围和控制长度保证头中尾温度均匀性，如图2所示。第二种为头尾温度低于中部温度，提高头尾板形质量[2]。

1 780 mm线U型卷取冷却的特点为中部采用带钢目标卷取温度控制，以带钢头尾为基准设定头尾U型冷却的长度和温度。

图2 U型冷却时带钢全长卷取温度设定示意

层流模型目标温度计算公式如下[3]：

式中：T目标为目标卷取温度；Tw为冷却流体温度；T0为目标终轧温度；Hc为对流热交换系数；Cp为比热；ρ为带钢密度；h为带钢厚度。

U型冷却的工艺参数手动输入值具体为：头部长度LPH、头部温度偏差tPHT、尾部长度LPT、尾部温度偏差tPTT。

当满足条件：Lstrip-Lhead1-Lhead2-Ltail1-Ltail2＞0

头部使用U型冷却时U型冷却数学模型处理过程如下：

头部长度LPH=Lhead2；头部温度偏差tPHT=tpht+t目标。当尾部使用U型冷却时U型冷却数学模型处理过程如下：

尾部长度LPHT=Ltail2；尾部温度偏差tPHT=tpht+t目标。

层冷程序中U型冷却（称为profilecooling）的接口主要有三个地方：PDI数据（ED数据库表）、冷却策略（冷却计划号）和人工干预（HMI）。经分析发现：HMI上没有输入接口，L3级也不下发相关参数给L2级，人工干预参数也没有赋值[4-6]。为此人工强制给出profilecooling参数进行试验。试验品种花纹板BDQ235B，试验厚度为5.75 mm，头部不冷却长度Lhead1=10 m，Lhead2=100 m，Ltail2=100 m，Ltail1=0，tpht=80℃，即头部长度LPH=100 m；头部温度偏差TPH=80℃+T目标；尾部长度LPHT=100 m；尾部温度偏差tPHT=80℃+T目标。U型冷却效果如图3所示。

结果证实：通过图3可见花纹板U型冷却功能成功实现。针对不同钢种不同的U型冷却方式采用不同的冷却参数即可。

图3 厚5.75 mm钢种BDQ235B花纹板U型冷却效果

2 U型冷却应用

热轧薄规格是1 780 mm生产线的特色，但在生产过程中经常出现亮带板形问题。1 780 mm生产线钢卷亮带主要发生在带钢尾部0～100 m范围内。亮带缺陷宏观观察为光洁度不高，凸起高度不明显，但在钢卷打开后，出现轻微浪形缺陷，如图4所示。平整后亮带缺陷宏观观察为光洁度高，出现轻微浪形缺陷，如图5所示。带钢的亮带数以1条最为普遍。通过力学性能分析、现场跟踪分析带钢的尾部亮带是带钢尾部在出精轧机前采用位置控制，当带钢尾部出精轧后采用压力控制，在卷取夹送辊挤压作用下，带钢发生局部的塑性变形所致。

为控制亮带缺陷，特对于夹送辊压力进行控制，针对轧制厚度≤3 mm夹送辊压力由0.5 kN降低到0.3 kN，降低夹送辊压力对于亮带的影响。同时为了提高尾部的板形质量，针对普碳软钢层流温度使用U型冷却，具体程序为：成品厚度≤1.5mm，尾部150m卷取温度相比于目标温度-20℃。即尾部长度LPHT=Ltail2=150 m；尾部温度偏差tPHT=tpht+t目标=-20℃+600℃=580℃。控制效果如图6所示。通过以上措施的实施，1 780 mm线亮带问题得到了有效控制。

图4 平整前开卷情况

图5 平整后亮带情况

图6 尾部150 m使用U型冷却的卷取温度控制情况

3 结论

本文简单介绍了1 780 mm生产线热轧轧后冷却自动控制系统由基础自动化和过程自动化等组成。为提高头尾板形质量，均匀带钢性能，在过程自动化控制的基础上开发U型冷却方式。U型冷却方式投用采用的接口方式为人工干预（HMI），采用增加U型冷却参数的方式实现U型冷却的功能。使用U型冷却有效降低了1 780 mm线尾部亮带引起的板形问题，提高了板形质量。